3.2 Lập chương trỡnh tớnh toỏn thủy lực dẫn dũng thi cụng và điều tiết lũ
3.2.1 Lập chương trỡnh tớnh toỏn thủy lực dẫn dũng thi cụng qua cống
Trong quỏ trỡnh lập chương trỡnh tớnh toỏn thủy lực, ứng với cỏc chế độ chảy khỏc nhau của cụng trỡnh thỏo sẽ sử dụng cụng thức tớnh lưu lượng khỏc nhau. Về bản chất thủy lực thỡ dũng chảy khụng thay đổi chế độ đột ngột, trong khi đú, cỏc cụng thức bỏn thực nghiệm ỏp dụng tại cỏc điểm chuyển tiếp cột nước sẽ cho hai kết quả khỏc nhau về giỏ trị lưu lượng. Vỡ vậy cần xử lý về mặt thuật toỏn tại những vị trớ này nhằm thuận lợi cho tớnh toỏn nhưng khụng gõy sai khỏc lớn đến kết quả [45]. Việc xử lý này đặc biệt cần thiết phục vụ cho tớnh toỏn thử dần khi dẫn dũng đồng thời qua nhiều cụng trỡnh thỏo.
3.2.1.1 Xử lý thuật toỏn chuyển tiếp chảy ngập và chảy khụng ngập
Sau khi vẽ đường mặt nước từ hạ lưu cống lờn, tớnh được chiều sõu cột nước sau cửa vào cống hđc. Theo [38] khi hđc ≥ 1,25hk, cống chảy ngập, khi hđc < 1,25hk cống chảy khụng ngập. Trong khi tớnh toỏn cần cú phạm vi chuyển tiếp giữa hai chế độ này (Hỡnh 3.3).
Trong chương trỡnh tớnh toỏn, chọn cỏc chế độ chảy như sau: hđc ≥ 1,3hk: chảy ngập.
1,2 hk < hđc < 1,3hk: chảy chuyển tiếp ngập hđc ≤ 1,2hk: chảy khụng ngập
Khi cống chảy ở chế độ chuyển tiếp, lưu lượng và cột nước được tớnh nội suy với 2 điểm A (HA, QA), B (HB, QB). Trong đú HA, QA được tớnh với cụng thức chảy ngập ứng với trường hợp hđk = 1,3hk; HB, QB được tớnh với cụng thức chảy khụng ngập ứng với trường hợp hđk = 1,2hk.
3.2.1.2 Xử lý thuật toỏn chuyển tiếp chảy khụng ỏp sang cú ỏp
Theo mục 2.4.2.1 , khi H0 ≤ (1,2 ữ 1,4)Hc cống chảy khụng ỏp (trong đú Hc là chiều cao của cống), lựa chọn trị số 1,2 ữ 1,4 tựy thuộc vào độ thuận của cửa vào. Khi cửa vào khụng thuận chọn 1,2, khi cửa vào rất thuận chọn 1,4. Khi H0 ≥ (1,2 ữ 1,4)Hc cống chảy bỏn ỏp hoặc cú ỏp, việc cống chảy bỏn ỏp hoặc cú ỏp phụ thuộc vào độ dài của cống và cột nước thượng lưu cống.
Đối với dẫn dũng thi cụng, phạm vi chảy bỏn ỏp của cống khụng lớn, trong tớnh toỏn cú thể bỏ qua giai đoạn chảy bỏn ỏp. Trong khi tớnh toỏn cần cú phạm vi chuyển tiếp giữa hai chế độ chảy khụng ỏp và cú ỏp để đảm bảo tớnh liờn tục của quan hệ Q~H0.
Giả sử chọn trị số 1,25Hc (Hỡnh 3.4), khi H0 ≤ 1,25Hc lưu lượng chảy qua cống được tớnh với chảy khụng ỏp (điểm D), khi H0 > 1,25Hc lưu lượng chảy qua cống được tớnh với chảy cú ỏp (điểm F). Như vậy cú sự thay đổi lớn về lưu lượng khi cột nước H0 > 1,25Hc.
Tỏc giả đề xuất chọn vị trớ giao nhau giữa biểu đồ cống chảy khụng ỏp và chảy cú ỏp (điểm E) làm giới hạn tớnh chuyển tiếp. Cỏch tớnh như sau:
Khi H0 ≤ (1,2 ữ 1,4)Hc tớnh theo cụng thức chảy khụng ỏp. Việc chọn giỏ trị 1,2 ữ 1,4 phụ thuộc vào độ thuận của cửa vào.
Khi HD < H0 < HE tớnh nội suy Q~H0 theo HD, QD, HE, QE Khi H0 > HE tớnh theo cụng thức chảy cú ỏp.
Về mặt lý thuyết, khi tớnh theo cỏch này chưa phự hợp với lý thuyết của Hứa Hạnh Đào, tuy nhiờn việc xử lý chuyển tiếp như thế này làm cho quan hệ Q~H0 được thay đổi liờn tục, thuận lợi cho tớnh toỏn thử dần bằng chương trỡnh tớnh toỏn. Bờn cạnh đú, trong đoạn chuyển tiếp (DE), cột nước tớnh toỏn sẽ lớn hơn cột nước theo cụng thức tớnh chảy cú ỏp, như vậy sẽ an toàn hơn cho cụng tỏc dẫn dũng.
3.2.1.3 Tớnh thủy lực qua cống
Số liệu đầu vào: + Quan hệ Q~Zhl
+ Lưu lượng thiết kế dẫn dũng Qtkdd (m3/s)
+ Cao trỡnh cửa vào cống Zcvc (m) + Chiều dài cống Lc (m)
+ Chiều rộng cống Bc (m) + Chiều cao cống Hc (m) + Độ dốc cống ic + Hệ số nhỏm cống nc Cỏc bước tớnh toỏn: + Tớnh cao trỡnh cửa ra cống Zcrc
+ Tớnh cỏc giỏ trị lưu lượng chảy qua cống Q(i): 0,1Qtkdd; 0,2Qtkdd; …; Qtkdd; 1,1Qtkdd; 1,2Qtkdd. (Việc tớnh cỏc giỏ trị như thế này giỳp vẽ được đường quan hệ Q(i) ~ Ztl(i) của cống, phục vụ thuận tiện cho việc tra cứu sử dụng kết quả tớnh toỏn).
+ Ứng với mỗi giỏ trị Q(i), thực hiện cỏc bước sau:
- Tỡm phạm vi chảy ngập, chuyển tiếp ngập, khụng ỏp, chuyển tiếp cú ỏp, cú ỏp - Nội suy mực nước hạ lưu ứng với từng lưu lượng (Zhl), từ đú tớnh độ sõu mực nước hạ lưu so với đỏy cửa ra cống (hn)
- Vẽ đường mặt nước từ cuối cống lờn đầu cống
- Xỏc định chế độ chảy trong cống ứng với từng giỏ trị Qi, tớnh cột nước trước cống: Chảy ngập: Dựng cụng thức tớnh lưu lượng chảy qua đập tràn đỉnh rộng chảy ngập (2-7) Chuyển tiếp chảy ngập: nội suy tỡm cột nước trong phạm vi chảy chuyển tiếp ngập. Chảy khụng ỏp: Dựng cụng thức tớnh lưu lượng chảy qua đập tràn đỉnh rộng (2-6) Chuyển tiếp cú ỏp: nội suy tỡm cột nước trong phạm vi chảy chuyển tiếp cú ỏp Chảy cú ỏp: Dựng cụng thức tớnh lưu lượng chảy qua cống cú ỏp (2-9)
- Tớnh mực nước thượng lưu Ztl(i) = Zcvc + H0. + Xuất kết quả Q(i) ~ Ztl(i)
Sơ đồ khối tớnh toỏn thủy lực dẫn dũng qua cống như Hỡnh 3.5. Giao diện của chương trỡnh tớnh trỡnh bày trong Phụ lục 4-1.